Изучение коммутационной матрицы

Коммутационная матриц обеспечивает основной и самый быстрый способ взаимодействия процессоров портов, именно он был реализован в первом промышленном коммутаторе локальных сетей. Однако реализация матрицы возможна только для определенного числа портов, причем сложность схемы возрастает пропорционально квадрату количества портов коммутатора (рис.1).

Рис.1. Коммутационная матрица

Более детальное представление одного из возможных вариантов реализации коммутационной матрицы для 8 портов дано на рис. 2. Входные блоки процессоров портов на основании просмотра адресной таблицы коммутатора определяют по адресу назначения номер выходного порта. Эту информацию они добавляют к байтам исходного кадра в виде специального ярлыка - тэга (tag). Для данного примера тэг представляет собой просто 3-разрядное двоичное число, соответствующее номеру выходного порта.

Рис. 2. Реализация коммутационной матрицы 8х8 с помощью двоичных переключателей

Матрица состоит из трех уровней двоичных переключателей, которые соединяют свой вход с одним из двух выходов в зависимости от значения бита тэга. Переключатели первого уровня управляются первым битом тэга, второго - вторым, а третьего - третьим.

Матрица может быть реализована и по-другому, на основании комбинационных схем другого типа, но ее особенностью все равно остается технология коммутации физических каналов. Известным недостатком этой технологии является отсутствие буферизации данных внутри коммутационной матрицы - если составной канал невозможно построить из-за занятости выходного порта или промежуточного коммутационного элемента, то данные должны накапливаться в их источнике, в данном случае - во входном блоке порта, принявшего кадр. Основные достоинства таких матриц - высокая скорость коммутации и регулярная структура, которую удобно реализовывать в интегральных микросхемах. Зато после реализации матрицы NxN в составе БИС проявляется еще один ее недостаток - сложность наращивания числа коммутируемых портов.

Если рассматривать классическую сеть Ethernet (скорость 10Мбит/с), то производительность коммутатора можно рассчитать по формуле N/2*10Мбит/с, где N – количество портов.

Неблокирующий коммутатор- это такой коммутатор, который может передавать кадры через свои порты с той же скоростью, с которой они на них поступают. Для обеспечения неблокирующего режима коммутатора необходимо выполнение следующего условия:

Ck= (∑с)/2,

где Ck – производительность коммутатора, Cpi- максимальная производительность протокола, поддерживаемого i- м портом коммутатора. Суммарная производительность портов учитывает каждый проходящий кадр дважды – как входящий кадр и как выходящий.

Основными характеристиками коммутатора, измеряющими его производительность, являются:

• скорость фильтрации (filtering);
• скорость маршрутизации (forwarding);
• пропускная способность (throughput);
• задержка передачи кадра.

Кроме того, существует несколько характеристик коммутатора, которые в наибольшей степени влияют на указанные характеристики производительности. К ним относятся:

• размер буфера (буферов) кадров;
• производительность внутренней шины;
• производительность процессора или процессоров;
• размер внутренней адресной таблицы.
• Скорость фильтрации и скорость продвижения

Скорость фильтрации и продвижения кадров - это две основные характеристики производительности коммутатора. Эти характеристики являются интегральными показателями, они не зависят от того, каким образом технически реализован коммутатор.

Скорость фильтрации определяет скорость, с которой коммутатор выполняет следующие этапы обработки кадров:

прием кадра в свой буфер,

просмотр адресной таблицы с целью нахождения порта для адреса назначения кадра,

уничтожение кадра, так как его порт назначения совпадает с портом-источником.

Скорость продвиженияопределяет скорость, с которой коммутатор выполняет следующие этапы обработки кадров:

прием кадра в свой буфер,

просмотр адресной таблицы с целью нахождения порта для адреса назначения кадра,

передача кадра в сеть через найденный по адресной таблице порт назначения.

Пропускная способность коммутатора измеряется количеством переданных в единицу времени через его порты пользовательских данных.